平衡至非平衡轉換器的製作方法
2023-09-18 10:57:15
專利名稱：平衡至非平衡轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子組件，尤其涉及一種平衡至非平衡轉換器。
背景技術：
平衡至非平衡轉換器是一種在平衡式架構或信號與非平衡式架構或信號之間作轉換的裝置。平衡至非平衡轉換器可將兩個大小相同相位差180度的平衡信號結合成一個非平衡信號，也可將一個非平衡信號分離成兩個大小相同相位差180度的平衡信號。
平衡至非平衡轉換器通常應用於無線區域網路(Wireless Local AreaNetwork)及個人行動通信設備中。因應行動通信設備小型化，平衡至非平衡式轉換器所佔的面積需相應減小。而採用傳輸線設計的平衡至非平衡轉換器因利用耦合傳輸線的共振腔架構，另外加電容的方式來增加耦合線對地等效電容效應，進而縮小共振腔長度以減小體積，已得到廣泛應用。常用的傳輸線平衡至非平衡轉換器包括1/4波長的平衡至非平衡轉換器與1/16波長的平衡至非平衡轉換器。
現有技術的1/4波長的平衡至非平衡轉換器是由兩條1/4波長的耦合線組合而成。因應用於2.4GHZ頻段之1/4波長耦合線的長度需近690密耳(mil)，故轉換器佔據面積較大，而且此種轉換器需高阻抗設計，並且線寬過細、線距過近。
現有技術的1/16波長的平衡至非平衡轉換器如圖1所示。所述平衡至非平衡轉換器被設置於基板50′上，由兩條彎折的金屬線10、20組合而成。第一金屬線10相對於其結構中心呈鏡像分布，其包括第一耦合線12與一對第一傳輸線14。第一耦合線12的中心連接接地貫孔(未圖示)。所述第一傳輸線14呈彎折狀，並且各自包括第一線節140。所述第一傳輸線14的一端分別與第一耦合線12的兩端相連，所述第一傳輸線14的另一端為一對用於輸入信號的平衡端Port2′、Port3′。在所述第一傳輸線14的第一線節140之間連接微型電容C1′。
第二金屬線20包括第二耦合線22、第二傳輸線24以及第三傳輸線26。第二傳輸線24與第三傳輸線26皆呈彎折狀，並且第二傳輸線24包括第二線節240，第三傳輸線26包括第三線節260。第二線節240與第三線節260之間連接微型電容C2′。第二傳輸線24的一端與第三傳輸線26的一端分別與第二耦合線22的兩端相連，第二傳輸線24的另一端為用於輸出信號的非平衡端Port1′，第三傳輸線26的另一端連接微型電容C3′。其中，電容C2′與電容C3′自第三傳輸線26的末端262分別向外延伸連接，並且向外延伸連接電容C2′、C3′的方向為相互垂直。
此種轉換器的耦合線12、22的長度雖然為1/16波長，但向相互垂直的方向延伸連接負載電容C2′、C3′會佔據轉換器的面積。而且由於耦合線中心具有接地貫孔，會增大第一傳輸線14的第一線節140與第一耦合線12之間的距離，而使平衡至非平衡轉換器面積增大，並且會使製程飄移，易影響相位差。
發明內容有鑑於此，有必要提供一種平衡至非平衡式轉換器，以在不影響性能的前提下具有較小體積。
一種平衡至非平衡轉換器，包括第一金屬線與第二金屬線。第一金屬線包括第一耦合線、第一傳輸線以及第二傳輸線。第一耦合線的兩端分別與第一傳輸線以及第二傳輸線相連。第一傳輸線包括第一平衡端，第二傳輸線包括第二平衡端。第二金屬線包括第二耦合線、第三傳輸線以及第四傳輸線。第二耦合線的兩端分別與第三傳輸線以及第四傳輸線相連，並且第三傳輸線包括非平衡端。其中，第一傳輸線與第二傳輸線之間連接第一電容，第三傳輸線包括第二電容，第四傳輸線包括第三電容，且第二電容與第三電容相互平行。
上述平衡至非平衡轉換器不需於共振腔差動中心處外加接地貫孔，而且整體電路與外加電容具有較佳的排列方式，不僅可以減小平衡至非平衡轉換器所佔的體積，而且還具有匹配的低入射損耗及反射損耗。
圖1為現有技術的平衡至非平衡轉換器的示意圖。
圖2為本發明實施方式中平衡至非平衡轉換器的示意圖。
圖3為經電磁模擬所得本發明實施方式中平衡至非平衡轉換器的入射損耗及反射損耗特性的測試圖。
圖4為經電磁模擬所得本發明實施方式中信號輸入與輸出的相位差的測試圖。
圖5為平衡端的信號相位差的測試圖。
具體實施方式請參閱圖2，所示為本發明實施方式中平衡至非平衡轉換器的示意圖。在本實施方式中，平衡至非平衡轉換器設置於基板50上，其包括第一金屬線30與第二金屬線40。第一金屬線30與第二金屬線40並行設置，且分別相對於各自的結構中心呈鏡像分布。本實施方式的平衡至非平衡轉換器是由導電材質製成，並應用於2.4GHz的頻段。在本實施方式中，所述導電材質為銅線。
第一金屬線30包括第一耦合線32、第一傳輸線34以及第二傳輸線36。第一耦合線32的兩端分別與第一傳輸線34以及第二傳輸線36相連。第一傳輸線34與第二傳輸線36皆呈彎折狀，並且第一傳輸線34、第一耦合線32以及第二傳輸線36依次相連，共同形成一個共振腔。第一傳輸線34包括第一平衡端Port2，第二傳輸線36包括第二平衡端Port3。在本實施方式中，第一平衡端Port2與第二平衡端Port3用於平衡輸入兩個相位差180度的信號。第一傳輸線34與第二傳輸線36之間連接微型電容C1。在本實施方式中，微型電容C1的電容值為1PF。
第二金屬線40包括第二耦合線42、第三傳輸線44以及第四傳輸線46。第二耦合線42的兩端分別與第三傳輸線44以及第四傳輸線46相連。
第三傳輸線44包括第一線節440、第二線節442以及微型電容C2。第一線節440通過微型電容C2與第二線節442電性連接。在本實施方式中，微型電容C2的電容值為1PF。第一線節440包括非平衡端Port1。在本實施方式中，非平衡端Port1用於輸出信號。
第四傳輸線46包括第三線節460、第四線節462以及微型電容C3。第三線節460通過微型電容C3與第四線節462電性連接。在本實施方式中，微型電容C3的電容值為1PF。
第三傳輸線44的一端與第二耦合線42相連，另一端連接一個接地貫孔(未圖示)。第四傳輸線46的一端與第二耦合線42相連，另一端連接一個接地貫孔(未圖示)。其中，第三傳輸線44與第四傳輸線46皆呈彎折狀，並且第三傳輸線44、第二耦合線42以及第四傳輸線46依次相連，共同形成一個共振腔。在本實施方式中，微型電容C2與微型電容C3相互平行，並且位於同一直線上。
在本實施方式中，第一耦合線32與第二耦合線42的長度皆為1/16波長，平衡端Port2、Port3以及非平衡端Port1為所述平衡至非平衡轉換器的50歐姆(ohm)匹配阻抗。在本發明的其它實施方式中，亦可將信號由非平衡端Port1輸入，自平衡端Port2、Port3輸出。
由於平衡至非平衡轉換器的耦合線32、34都不具有接地貫孔，故可縮短共振腔的長度，進而縮小平衡至非平衡轉換器所佔的面積。
請參閱圖3，所示為經電磁模擬所得本發明實施方式中平衡至非平衡轉換器的入射損耗及反射損耗特性的測試圖。圖中橫軸表示通過平衡至非平衡轉換器的信號的頻率(單位GHz)，縱軸表示幅度(單位dB)，象限區包括入射的散射參數(S-parameterS21、S31)的幅度以及反射的散射參數(S-parameterS11)的幅度。
入射的散射參數(S21)表示信號通過第一平衡端Port2輸入自非平衡端Port1輸出的輸入功率與輸出功率之間的關係，其相應的數學函數為輸出功率/輸入功率(dB)＝20×Log|S21|。
入射的散射參數(S31)表示信號通過第一平衡端Port3輸入自非平衡端Port1輸出的輸入功率與輸出功率之間的關係，其相應的數學函數為輸出功率/輸入功率(dB)＝20×Log|S31|。
信號在平衡至非平衡轉換器的傳輸過程中，信號的部分功率被反射回信號源。被反射回信號源的功率稱為反射功率。反射的散射參數(S11)表示信號通過平衡至非平衡轉換器的非平衡端Port1的入射功率與反射功率之間的關係，其相應的數學函數如下
反射功率/入射功率(dB)＝20×Log|S11|。
曲線|S21|、|S31|表示入射損耗，即表示有多少信號被傳輸到非平衡端Port1，該值越大則傳輸的效率越高，平衡至非平衡轉換器的性能越好。從曲線|S21|、|S31|可觀察到，在中心頻率為2.4Ghz時，信號的入射損耗接近理想值-3dB。曲線|S11|表示反射損耗，即表示有多少信號被反射回平衡端Port2、Port3，在通帶頻段內，一般低於-10dB則信號的反射損耗很小。從曲線|S11|可觀察到，在通帶頻段內，信號的反射損耗為近似-16dB，因此信號的反射損耗很小。故本發明實施方式的平衡至非平衡轉換器具有良好的性能。
請參閱圖4，所示為經電磁模擬所得本發明實施方式中信號輸入與輸出的相位差的測試圖。圖中橫軸表示通過平衡至非平衡轉換器的信號的頻率(單位GHz)，縱軸表示信號相位(單位Deg)。信號由平衡端Port2、Port3輸入自非平衡端Port1輸出，曲線|S21′|表示非平衡端Port1相對於第一平衡端Port2的信號相位，曲線|S31′|表示非平衡端Port1相對於第二平衡端Port3的信號相位。從曲線|S21′|、|S31′|可觀察到，在中心頻率處，第一平衡端Port2與第二平衡端Port3的信號可達相位差180度。
圖5為第一平衡端Port2與第二平衡端Port3的信號相位差的測試圖。由圖可知，在2.2～2.7GHz通帶頻段範圍內，第一平衡端Port2與第二平衡端Port3之間的信號相位差皆接近於180度，因而本發明實施方式的平衡至非平衡轉換器具有較佳的平衡信號輸入或輸出。
本發明實施方式的平衡至非平衡轉換器由一對金屬線30、40組合而成。每個金屬線30、40的耦合線32、42皆不具有接地貫孔，即不需於共振腔差動中心處連接接地貫孔，從而可使整體電路與外接的負載電容C2、C3具有較佳的排列方式。故，本發明的平衡至非平衡轉換器以在不影響信號輸入與輸出相位差的情況下，具有匹配的低入射損耗及反射損耗，而且可進一步的縮小體積。
權利要求
1.一種平衡至非平衡轉換器，其特徵在於包括第一金屬線，包括第一耦合線、第一傳輸線以及第二傳輸線，所述第一耦合線的兩端分別與所述第一傳輸線以及所述第二傳輸線相連，並且所述第一傳輸線包括第一平衡端，所述第二傳輸線包括第二平衡端；第二金屬線，包括第二耦合線、第三傳輸線以及第四傳輸線，所述第二耦合線的兩端分別與所述第三傳輸線以及所述第四傳輸線相連，並且所述第三傳輸線包括非平衡端；其中，所述第一傳輸線與所述第二傳輸線之間連接第一電容，所述第三傳輸線包括第二電容，所述第四傳輸線包括第三電容，且所述第二電容與所述第三電容相互平行。
2.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第二電容與所述第三電容位於同一直線上。
3.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第三傳輸線更包括第一線節以及第二線節，所述第一線節通過所述第二電容與所述第二線節電性連接，所述第四傳輸線更包括第三線節以及第四線節，所述第三線節通過所述第三電容與所述第四線節電性連接。
4.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第三傳輸線的一端與所述第二耦合線電性連接，另一端接地，所述第四傳輸線的一端與所述第二耦合線電性連接，另一端接地。
5.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第一金屬線與所述第二金屬線相對於各自的結構中心呈鏡像分布。
6.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第一傳輸線、所述第一耦合線與所述第二傳輸線依次相連共同形成共振腔，所述第三傳輸線、所述第二耦合線與所述第四傳輸線依次相連共同形成共振腔。
7.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第一平衡端與所述第二平衡端皆用於輸入信號，所述非平衡端用於輸出信號。
8.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述非平衡端用於輸入信號，所述第一平衡端與第二平衡端用於輸出信號。
9.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第一與第二平衡端與所述非平衡端為平衡至非平衡轉換器的50歐姆匹配阻抗。
10.如權利要求1所述的平衡至非平衡轉換器，其特徵在於所述第一耦合線與所述第二耦合線的長度皆為1/16波長。
全文摘要
一種平衡至非平衡轉換器，包括第一金屬線與第二金屬線。第一金屬線包括第一耦合線、第一傳輸線以及第二傳輸線。第一耦合線兩端分別與第一傳輸線及第二傳輸線相連。第一傳輸線包括第一平衡端，第二傳輸線包括第二平衡端。第二金屬線包括第二耦合線、第三傳輸線以及第四傳輸線。第二耦合線兩端分別與第三傳輸線及第四傳輸線相連。第三傳輸線包括非平衡端。第一傳輸線與第二傳輸線之間連接第一電容，第三傳輸線包括第二電容，第四傳輸線包括第三電容，且第二電容與第三電容相互平行。本發明的平衡至非平衡轉換器以在不影響平衡至非平衡轉換器性能的前提下具有較小體積。
文檔編號H01P5/10GK101043097SQ200610034749
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月25日 優先權日2006年3月25日
發明者鄭光偉 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司